书城社会科学数字技术与新媒体传播
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第56章 数字电视传播(8)

3.三维虚拟演播室与两维半虚拟演播室

三维虚拟演播室是指虚拟背景由计算机在场景合成时实时渲染,而两维半虚拟演播室是指虚拟场景在三维建模环境中(如3DMAX、Soft image、Maya等)提前渲染成图片,将图片存储到系统主机中,合成场景时根据摄像机的运动状态对图片进行处理,选择图片的一部分与前景进行合成,同时场景中加入一些三维的小物件和遮挡物体,增强场景的真实性。

从理论上说三维要优于两维半。但从实用角度考虑,两维半虚拟演播室也有很大优势。

首先,三维实时渲染是建立在特定的计算机系统基础之上的,场景的复杂程度要受到计算机运算能力的限制,如果使用SGI的ONXY图形工作站,价格会十分昂贵;如果采用PC机渲染,场景会受到许多限制,如场景中的三角形数量尽量少于10000个,不能有反射、折射、特效等等。一个一般的场景三角形面片数量都在十几万、几十万个,所以实时渲染对场景建模的要求十分苛刻;而两维半系统可以事先通过3DMAX、Soft image、Maya等工具不限时地进行渲染,场景中物体边缘的反走样、光线跟踪、镜头特效等都可以运算得非常到位。从场景设计角度考虑,三维的诸多限制会导致创作者的思维受阻,影响创作理念,导致节目质量的下降。而两维半的设计方案中,没有场景复杂程度及其他因素的限制,可以充分发挥创作者的创意。

其次,三维系统由于受计算机运算能力的限制,特别是基于PC的三维系统,由于做边缘反走样会消耗CPU的大量资源,系统在场景渲染质量和反走样之间会面临两难的选择,而两维半系统是提前进行场景渲染,边缘反走样会做得非常好,合成场景信号时,计算机有足够的能力进行大屏幕和一些三维物件的边缘反走样处理,从而保证了整个系统的实用性。

另外,两维半虚拟演播室系统采用特殊的数字信号处理方式,即使把图像放大四倍仍然保持很高的图像质量,并且场景一般是一张特别大的广角位图,通过有效的插值算法,可以保证镜头推拉、俯仰、平摇过程中背景的平稳变化,再加上丰富的大屏幕切换特技、无限蓝箱、深度键等实用功能,可以满足大部分节目制作的需求。

4.虚拟演播室的发展

虚拟演播室较真实演播室具有很多优势。传统的色键对节目制作的限制较多:色键是在二维平面空间运作,当拍摄的色键前景画面的摄像机移动,不论是变焦、上下摆动或左右摇动,色键的背景画面都不会随前景画面而相应变化,主持人好像浮在背景上,而用虚拟演播系统制作的背景是合乎比例的立体设计,当摄像机移动时,虚拟背景与前景画面都会出现相应的变化,看上去前景与背景是一体的,从而增加了节目的真实感;用虚拟场景在很多方面成本效益显著,如它具有及时更换场景的能力,在演播室布景制作中节约经费(对于单集片,虚拟制作不会显出很大的经济效益,但在使用背景和摄像机位置不变的系列节目中它可以节约大量资金);另外,虚拟演播室具有制作优势,制作人员的选择余地大,他们不必过于受场景限制,同一节目可以不用同一演播室,因为背景可以存入磁盘。而且它可以充分发挥创作人员的艺术创造力与想象力,利用现有的多种三维动画软件,创作出高质量的背景。

这些优势使虚拟演播室具备了广阔的发展空间,但是它也存在一定的局限性。如摄像机在变焦时会出现活动不畅的情况,或者是虚拟物体的形态、颜色会给人以生硬的感觉。这主要是操作经验问题。从二维平面到三维立体空间制作的转换,需要每个工作人员重新适应自己的岗位。灯光设计方面的难度也相应增加,灯光师除了设计灯光外,还要使两个世界的灯光互相配合,使之出现和谐的灯光效果。虚拟演播室制作的背景是否真实,这也同样需要综合素质的人才:实景设计师通常体现了一定程度的建筑理念,但缺乏计算图像的经验,而虚拟布景设计师有计算机图像知识,但缺乏建筑学基础。因此,虚拟演播室是一个需要相关技术和人员素质共同提高和发展的系统工程。

目前虚拟现实技术的应用还处于起步阶段,虚拟演播室也同样处于发展的初期,还存在技术方面的不成熟和应用方面的局限性。随着计算机技术的发展和三维图像软件的开发,虚拟电视节目制作会更加成熟完善。虚拟演播室与真实演播室混合发展是未来的发展趋势,它会使电视节目达到最佳的视觉效果,为电视节目制作拓展更大的空间。

七、数字视频信息存储技术

数字电视信号携带的信息是由视频、音频、图像、动画等组成的多媒体数据,具有信息量大、信息传输实时两个显著特点。因此,数字电视存储系统在存储质量、存储效率、查询效率、传输质量等方面均比普通数据存储有更高的速度和性能要求,在节目长期存储方面,也需要选用先进的数字存储介质,当然,由于数字电视节目库规模庞大,还需要充分考虑维护成本、系统升级、检索速度、调用效率等诸多问题。

1.数字多媒体信息存储介质

数字多媒体信息存储介质主要有三大类:磁盘、磁带等磁记录介质,VCD、DVD等光记录介质,半导体存储介质。

(1)磁记录方式

磁记录方式是指利用磁特性和磁效应记录、存储和读出各种声音、图像以及数据等信息的技术,其原理是:将需要记录和存储的电信号输送到磁头电路中,使写入磁头中产生与输入电信号相对应的磁场,用该磁场作用于磁记录介质,使其从原来的退磁状态转变为磁化状态;需要输出信息时,使用读出磁头将磁记录介质上的磁信号转换为相应的电信号,获取之前写入的信息。

常用的磁存储介质有线性存取的磁带和随机存取的磁盘,两者目前都采用基于二进制的数字存储技术,即磁化状态代表信号“1”,退磁状态(未磁化)代表信号“0”,与基于模拟信号的录音、录像技术相比,可以在更小的空间上存储更多的信息。

(2)光记录方式

光记录方式使用光学方法读写数据,其基本原理是利用聚焦激光光束在存储介质上进行光学读写。由于高能量的激光光束可以聚焦成1μm甚至更小的光斑,因此可以在介质上存储大量的数据。

①CD

光盘(compact disc,CD)存储器在多媒体的发展史上起了相当重要的作用。按记录原理的不同,光盘存储器大致可分为三种类型:只读,一次性写入,可读写。

只读式光盘存储器CD-ROM。自1985年Philips和Sony公布了在光盘上记录计算机数据的黄皮书以来,CD-ROM驱动器便在计算机领域得到了广泛应用。CD-ROM的存储容量大,制造成本低,是发行多媒体节目的优选载体,如VCD、CDAUDIO(简称CD)。目前,大量的文献资料、视听材料、教育节目、影视节目、游戏、图书、计算机软件等都通过CD-ROM来传播。

一次写光盘存储器CD-R。信息时代的到来使越来越多的数据需要进行保存和交换,CD-ROM是只读光盘,用户自己无法利用CD-ROM对数据进行备份和交换。CD-R的出现适时地解决了这一问题,CD-R是英文CD Recordable的简称,盘片容量一般为650MB-700MB。CD-R标准(橙皮书)是由Philips公司于1990年制定的,目前已成为工业界广泛认可的标准。CD-R的另一英文名称是CD-WO(Write Once),即只允许写一次,写完以后,记录在CD-R盘上的信息无法被改写,但可以像CD-ROM盘片一样,在CD-ROM驱动器和CD-R驱动器上被反复地读取。CD-R虽然只能刻录一次,但由于它与CD-ROM兼容,并具有较低的记录成本和很高的数据可靠性,赢得了众多计算机用户的欢迎。

可擦写光盘存储器。又分为MO、CD-RW、PD等多种类型,比较常见的是CDRW。为了使可擦写光盘与CD-ROM和CD-R兼容,早在1995年4月,Philips公司就提出了与CD-ROM和CD-R兼容的相变型可擦写光盘驱动器CD-E(CD Erasable)。CD-E得到了包括IBM、HP、Mitsubishi、Mitsumi、Panasonic、Sony、3M以及Olympus等公司的支持。1996年10月,Philips、Sony、HP、Mitsubishi和Ricoh五家公司共同宣布了这一新的可擦写CD标准,并将CD-E更名为CD-RW(CD-Re-Writable)。CD-RW标准的制定标志着工业界可以开发并向市场提供这种新产品。

CD-RW兼容CD-ROM和CD-R,CD-RW驱动器允许用户读取CD-ROM、CD-R和CD-RW盘,刻录CD-R盘,擦除和重写CD-RW盘,CD-RW盘也可在CD-ROM驱动器读取,擦写次数可高达一千次以上,具有广泛的应用前景。

②DVD

由于多媒体的数据量很大,存储容量比CD大得多的DVD光盘存储器的使用也越来越广。DVD原名为Digital Video Disc的缩写,意思是“数字影视光盘”,它利用MPEG2压缩技术储存影像。实际上,DVD的应用不仅仅可以用来存放交互影视节目,也可以用来存储其他类型的数据,因此后来把Digital Video Disc更名为Digital Versatile Disc(Versatile是多才多艺的意思),即数字多用途光盘,缩写仍然是DVD。

在光盘的数据存储密度方面,DVD比CD大得多,CD采用波长为780~790nm的红外激光器,而DVD采用波长为635~650nm的红外激光器,激光束波长更短,更容易准确地在光盘上聚焦和定位。根据数据在盘面上的记录方式,DVD分为D5、D9、D10、D18四种。

D5,DVD-5的简写,即单面单层(SS-SL或Single Side Single Layer),存储容量最大4.7G,一面数据,另一面一般印刷了文字或图案。

D9,DVD-9的简写,即单面双层(SS-DL或Single Side Double Layer),存储容量最大8.5G,一面数据,另一面一般印刷了文字或图案。

D10,DVD-10的简写,即双面单层(DS-SL或Double Side Sing leLayer),存储容量最大9.7G,两面都是数据面。

D18,DVD-18的简写,即双面双层(DS-DL或Double Side Doub leLayer),存储容量最大17G,两面都是数据面。

另外,按记录原理不同,DVD也有三种类型:

DVD-ROM——只读DVD,包括DVD-Video和DVD-Audio,用途类似CDROM;DVD-R(或称DVD-Write-Once)——一次写入DVD,用途类似CD-R;DVD-RAM(或称DVD-Rewritable)——可多次读写的DVD,用途类似CD-RW。

DVD驱动器是用来读取DVD光盘数据的设备,从外形上看和CD-ROM驱动器一样。DVD驱动器完全兼容VCD、CD-ROM、CD-R、CD-AUDIO等光盘,而普通CD-ROM驱动器无法读取DVD格式的光盘。

③BD——蓝光盘

蓝光盘采用波长为405nm的蓝紫激光技术,盘片的物理尺寸12厘米,与CD/DVD相同,但记录容量从单面DVD的4.7GB跃升为单面23.3GB。

和早期DVD出现时规格不统一的情况一样,采用405nm蓝光刻录的技术也曾有两大阵营,一是以索尼为首的Blue-rayDisc阵营,也就是BD;一是以东芝为首的HD-DVD阵营。2008年初,东芝已宣布退出HD-DVD,蓝光盘归于统一技术。